石墨烯涂層通過(guò)提供更高的耐久性、導(dǎo)電性和防腐蝕性能，正在徹底改變行業(yè)。本文提供了對(duì)石墨烯涂層的生產(chǎn)、應(yīng)用和效益的見(jiàn)解，重點(diǎn)介紹了利用其潛力的各個(gè)行業(yè)。

什么是石墨烯涂層？

石墨烯涂層是涂在材料表面的一層薄薄的石墨烯。石墨烯是碳原子的二維晶格，具有高機(jī)械強(qiáng)度（1100 GPa）、導(dǎo)電性和阻擋效應(yīng)等顯著特性。它比鋼輕六倍、更柔韌，但在分子水平上比鋼強(qiáng) 200 倍。

石墨烯涂層提供保護(hù)性表面層，提供可定制的特性，例如厚度和導(dǎo)電性。它有效地阻礙氧原子的擴(kuò)散，防止涂層表面氧化。即使石墨烯被氧化，涂層也可以充當(dāng)屏障，顯著減少氧氣向上擴(kuò)散，防止氧化。多層石墨烯涂層可以進(jìn)一步增強(qiáng)保護(hù)，解決缺陷部位的漏洞。

石墨烯涂料在粘合劑、抗菌涂料、太陽(yáng)能涂料、絕緣、防銹、防霧、防紫外線和不粘涂料方面具有潛在的應(yīng)用前景。這種材料的獨(dú)特性能使其成為廣泛研究的對(duì)象，因?yàn)樗哂袕氐赘淖兏鱾€(gè)行業(yè)的潛力。

石墨烯涂層是如何制成的？

化學(xué)氣相沉積 (CVD) 是大面積生產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯涂層的常用且可靠的技術(shù)。它涉及富碳源的熱分解，導(dǎo)致碳原子以蜂窩狀圖案沉積在金屬催化劑膜上?；贑VD的石墨烯涂層具有不透水、純度高、晶粒細(xì)硬度高等特點(diǎn)。

快速熱退火是生產(chǎn)石墨烯涂層的另一種方法。與未經(jīng)處理或機(jī)械拋光的表面相比，單層丙酮衍生的石墨烯涂層通過(guò)將材料置于高溫下，顯著降低了腐蝕電流密度，顯示出更高的耐腐蝕性。

石墨烯涂層如何應(yīng)用？

石墨烯涂層的應(yīng)用方法多種多樣，如噴涂、浸漬涂層、旋轉(zhuǎn)涂層和卷對(duì)卷涂層，具體取決于所需的應(yīng)用和基材。

噴涂涉及使用溶劑將石墨烯薄片或石墨烯基溶液分散到目標(biāo)表面上。它是一種簡(jiǎn)單有效的快速大面積涂覆方法，常用于腐蝕防護(hù)和導(dǎo)電涂層。來(lái)自芝加哥伊利諾伊大學(xué)和韓國(guó)的研究人員使用拉瓦爾噴嘴和超音速氣流開(kāi)發(fā)了該技術(shù)的可擴(kuò)展版本。該方法提高了附著力，實(shí)現(xiàn)了理想的晶格結(jié)構(gòu)，并提供了對(duì)石墨烯涂層厚度和質(zhì)量的控制。

旋涂是一種常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，其中將石墨烯溶液分配到基材上并快速旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)作用使溶液均勻分布并去除多余的溶液，從而在基材上形成薄而均勻的石墨烯涂層。

浸涂將基材浸入石墨烯溶液中，緩慢取出以形成石墨烯薄膜。

石墨烯涂層有什么好處？

石墨烯涂層為下面的樣品增加了最小的厚度，同時(shí)提供優(yōu)異的電和熱傳導(dǎo)性。由于電子云的離域作用，石墨烯中的芳香族C=C鍵網(wǎng)絡(luò)遍布整個(gè)基面，賦予石墨烯涂層較高的熱穩(wěn)定性。

石墨烯的高柔韌性以及機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性可保持基材的光學(xué)外觀，使其能夠適應(yīng)不同的表面粗糙度和曲率。

石墨烯涂層的化學(xué)惰性和不滲透性使其成為理想的保護(hù)屏障，在高壓和暴露于過(guò)熱水中的穩(wěn)定性超過(guò)了金剛石。此外，石墨烯涂層在寬電磁頻譜上的高透光率 (97%) 增強(qiáng)了其作為保護(hù)涂層的有效性。

石墨烯涂層具有深邃的光澤、鮮艷的色彩、卓越的疏水性和防塵性能，增強(qiáng)了外觀和清潔度。

將石墨烯涂料應(yīng)用于工業(yè)

航空航天

石墨烯涂層因其能夠保護(hù)飛機(jī)表面免受雷擊引起的電氣損壞而在航空航天工業(yè)中備受追捧。此外，這些涂層能夠檢測(cè)應(yīng)變率，為飛行員提供有關(guān)飛機(jī)機(jī)翼在飛行過(guò)程中所經(jīng)歷的應(yīng)力水平變化的實(shí)時(shí)信息。

石墨烯涂層機(jī)翼減少了復(fù)合材料層數(shù)，從而使飛機(jī)更輕，提高燃油效率并降低對(duì)環(huán)境的影響。

汽車

石墨烯涂層為汽車外部元件（例如底盤和車身涂層）提供先進(jìn)的保護(hù)，具有卓越的疏水性、耐刮擦和耐污染性以及自修復(fù)能力等優(yōu)點(diǎn)。

它有效地防止腐蝕，延長(zhǎng)汽車部件的使用壽命，并增強(qiáng)抗劃傷性，保持車輛的外觀并減少維護(hù)需求。

電子產(chǎn)品

石墨烯涂層在增強(qiáng)柔性和可穿戴電子產(chǎn)品的電路方面顯示出巨大的潛力，例如可彎曲智能手機(jī)、智能健康貼片和大型折疊顯示屏。發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上的一項(xiàng)研究表明，直接在銅線上生長(zhǎng)石墨烯可以提高銅線上的導(dǎo)電性和耐用性，使其能夠承受 200,000 次折疊而不會(huì)損壞。這表明石墨烯涂層可以延長(zhǎng)柔性電子產(chǎn)品的使用壽命。發(fā)表在《ACS Applied Nano Materials》上的另一項(xiàng)研究表明，石墨烯涂層的金表面更耐汗水腐蝕，使其成為植入式生物傳感器和用于監(jiān)測(cè)健康狀況的智能貼片的理想選擇。

能源

石墨烯涂層通過(guò)防止金屬表面形成絕緣水膜來(lái)改善火力發(fā)電廠的傳熱。麻省理工學(xué)院的研究人員利用石墨烯涂層將導(dǎo)熱率提高了四倍，超過(guò)了聚合物涂層。該技術(shù)將熱交換器和蒸汽冷凝器的效率提高了 2-3%，為能源行業(yè)帶來(lái)了顯著的效益。

第六元素材料公司為海上風(fēng)電塔筒設(shè)計(jì)了一種防腐石墨烯涂層底漆，為富鋅環(huán)氧底漆提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的替代品。該涂層首次應(yīng)用在如東海區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上，鹽霧試驗(yàn)超過(guò)2500小時(shí)，展現(xiàn)了其卓越的性能。該涂層石墨烯含量為 1%，將鋅粉需求量減少了 50% 以上，徹底改變了防腐系統(tǒng)。

石墨烯涂料市場(chǎng)面臨認(rèn)知度有限、量產(chǎn)能力低、生產(chǎn)成本高等挑戰(zhàn)，這可能會(huì)阻礙其增長(zhǎng)。然而，能源、制藥、汽車和電子行業(yè)的不斷發(fā)展，加上技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)研發(fā)的日益重視，為石墨烯涂層市場(chǎng)提供了廣闊的增長(zhǎng)前景。

編輯：黃飛

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